以學生分組實驗為主導的課堂教學設計

摘 要：物理學科是以實驗為基礎的學科。但是在當前高中物理教學中，教師花費大量時間進行習題訓練，而嚴重壓縮了物理實驗在教學中的比例。這種現狀對學生知識的掌握、能力的提升都造成嚴重影響。本文力求立足現實情況，改變教學思路，設計以學生分組實驗為主導的課堂教學。希望既能兼顧必要的習題訓練，同時又能改變當前教學中的不足之處。

關鍵詞：物理實驗；學生分組實驗；課堂教學設計

1 實驗在物理教學中運用的現狀與存在的問題

物理學是一門實驗科學。物理學中的每個概念、每個定律，都是通過實驗發現建立的。實驗在物理學的發展中有著巨大的意義和推動作用，可以說，離開了物理實驗，就沒有物理學的發展。在物理課堂教學中，實驗同樣具有重要作用。學生要學好物理，最重要的是要具有物理思想，即要把通過實驗發現問題、總結規律作為一種學習習慣，將實驗作為學習物理的一個必要步驟。

但在實際教學工作中，教師并沒有充分利用課本中的實驗，實驗的重要性沒有得到很好的體現。雖有些實驗由于學校條件限制，缺少器材而被省略，而更多的實驗是由于課時緊張教師主動放棄。實驗通常也只能安排一個課時。通過對學生的觀察了解我發現，多數學生在有限的一課時中，無法透徹理解實驗原理，有的學生甚至無法按照課本上的步驟，完成實驗操作流程。

教師對實驗的重視不足，學生對實驗的接觸不夠，使學生在物理學習中存在諸多問題。教學過程抽象枯燥，物理教學過程類似數學學科，過多的理論推導，沒有體現物理學科聯系實際生活，以實驗為基礎的特點。學生的學習過程只是反復訓練題目，按題型套公式，造成學生運用物理知識的能力差，缺少應變能力與設計能力。教師希望盡可能的讓學生多接觸各種題型來提高學生解題能力。這種用低層次的方式訓練高層次的能力，并不能真正有效提高學生能力。

2 解決上述問題的思路

存在上述問題的原因就是教師嚴重壓縮了學生分組實驗在教學過程中的比例。教師并非認為實驗不重要，而是過于重視理論教學與解題訓練。在高考壓力下，在有限課時內，權衡之后教師們還是將“學生做”讓位于“教師講”。“做個實驗要花我半節課，簡單講一下就不做了，剩下時間講評作業。”抱有這樣觀念的教師過于看重短期效益，希望通過幾輪的作業、講評、再作業，就能看到學生們都掌握了某一題型。而學生分組實驗培養學生能力則沒有立竿見影的效果，不能一個實驗對應一道題目，立刻反映出學生能力的成長，因此學生分組實驗的效果被低估。

美國著名教育家約翰·杜威提出：教育即“生活”、“生長”和“經驗改造”，主張“從做中學”。他認為學生不從活動而由聽課和讀書所獲得的知識是虛渺的。記憶的內容包括“形象記憶、情景記憶、語義記憶、情緒記憶、動作記憶。”相對于講授法主要提供語義記憶，學生分組實驗可以給學生更全面更立體的記憶，學生做實驗過程中的情景、動作等都能鮮活留在腦海中。

根據“從做中學”的思想，教師可以改以反復訓練習題為主的題海戰術為以學生分組實驗為形式的實驗訓練，把已有的學生分組實驗進行改進變化，加入新的要求，或者設計新的實驗，就可以將希望講解的題型融入實驗中，讓學生在實驗的操作中掌握解題思路，不但讓學生通過實驗獲得新知識，也可以讓學生通過實驗達到鞏固、訓練、應用的目的，達到一舉多得的效果。

3 以學生分組實驗為主導的課堂教學設計淺析

3.1 通過實驗鞏固知識，加深理解，提高運用能力

例如：測量小車加速度。這個實驗是高中階段學生接觸的第一個實驗，其中的打點計時器是高中階段學習的第一個重要實驗儀器。教師教好這個實驗，不僅為之后一系列使用打點計時器的實驗教學打好基礎，更是為學生規范實驗操作，建立實驗思維有重要作用。這個實驗在教學中通常先安排一節課講解實驗原理、數據處理，包括v—t圖象法與逐差法。第二節課再進實驗室講解實驗步驟與注意事項，通常可以留下30分鐘讓學生實際操作。一個實驗安排了兩課時，看似充分，實際卻問題頗多。

相較于初中階段以定性研究為主的實驗，高中階段的實驗主要是定量研究，對于實驗的精確度開始提出要求。這個實驗的實驗原理和數據處理都較有難度。特別是兩種處理方法都是學生未接觸過的，因此不少學生并不能在一節課中完全理解。對原理的不理解就不能理解實驗操作過程中的步驟和注意事項。教師們常覺自己已經講解詳細清晰，而學生卻是帶著困惑，茫然的對照著課本中的步驟，按部就班的進行實驗。由于慌亂手足無措，對教師反復強調的要點自然拋在腦后。據我在教學中的觀察，30分鐘時間看似充足，可能夠在課堂上完成數據處理的學生極少，甚至不少學生一條可以使用的紙帶都沒打出來。帶著紙帶回家處理數據的學生很多是抄襲同學的數據。這樣的教學效果就很不理想。

為了彌補實驗課的缺漏，教師們通常的做法就是反復練習實驗題。給出一條模擬的實驗紙帶，訓練學生處理數據。經過反復多次練習，學生表面上都能掌握，實際上學到的只是套用公式。如果在兩節實驗課之后再加上一節以學生分組實驗進行的習題課，改習題訓練為實驗訓練。課堂使用原有的實驗裝置，對學生提出新的要求：不用已學的v—t圖象法或逐差法處理紙帶，而用更簡便的方法測出小車的加速度。方法一：利用公式vt=v0+at。在紙帶上取清晰的兩點，測出瞬時速度，再數出兩點間的數據點，得到運動時間，最后代入公式求得加速度。方法二：利用公式vt2-v02=2as。同樣求出兩點的瞬時速度后，再測量兩點間的位移s，最后計算得到加速度。方法三：還可以利用公式s=v0t+■at2。

這樣設計的實驗可以達到多個訓練目的。首先可以熟悉鞏固實驗的操作過程和注意事項。例如在初次實驗時，不少學生錯誤的認為小車靜止在軌道上是平衡摩擦力不足，要讓小車能從靜止開始自由下滑才是勻速運動。類似錯誤都需要再次實驗來糾正才能真正讓學生理解掌握。其次可以訓練勻變速運動四大公式的運用，提高學生運用知識的能力。在四大公式教學中，教師通常會總結為“知三求二”，要求學生看題目中有哪三個已知量，再加上一個要求的未知量，在腦海中搜索出哪個公式是由這四個量組成的，就用這個公式解題。這樣的教學看似總結了簡單的方法，學生容易掌握。但訓練的結果是學生只會套用公式，不能變通。而實驗訓練與習題不同，實驗沒有給出已知物理量，只提出問題。學生為了獲得所求量就要充分思考紙帶上包含的信息，自主選擇數據運用公式計算。再次可以訓練學生對紙帶的運用處理能力，讓學生感受到紙帶上包含了所有運動學中的物理量，可以根據需要靈活利用。最后可以加深對圖象法、逐差法的理解。在初次實驗時通常會發現學生不會用圖象法、逐差法，而會想到用四大公式計算方法。讓學生幾種方法都用過，深刻掌握紙帶處理后，再來比較幾種方法的優缺點，學生更容易理解掌握。

3.2 通過學生實驗解決設計性實驗教學困境

設計性實驗主要在高三總復習時出現較多，其中又以電學的設計性實驗尤其困難。電學設計性實驗對學生能力提出很高的要求，必須思考周到、嚴密，熟悉常用的電路功能模塊。不少學生設計的實驗電路丟三落四，漏洞百出。周到、嚴密的思維單純靠理論講解或習題訓練難以提高。學生只有在實際操作中，自己去發現問題和錯誤，從而尋找解決的方法。例如滑動變阻器的選擇。教師們都會總結說：一般總阻值為待測電阻2-5倍時用限流接法，1/2-1/5時用分壓接法。那么總阻值為待測電阻100倍的滑動變阻器用限流電路為什么不好調節呢？多數教師用理論推導，學生聽得很吃力，無法真正理解。其實只要讓學生動手做一做，就能清楚感受到調節的效果如何，有多么不好調節。再例如最常遇到的電表量程選擇。電源電壓5V，有兩個量程供選擇，0-3V，0-15V。有的學生直接根據電表要安全不能超量程而選15V的，但這樣指針偏轉就達不到滿偏的1/3以上。這時完全可以用滑動變阻器調節，使3V的電表不超量程。課后總會有學生這樣問我：“上次講那道題，你說電表要安全，選大量程，今天你又說測量要精確，選小量程，以后做題目到底該根據什么來選？”學生問出這樣問題就說明他腦中光有一條條選擇器材的原則、規律，卻沒有根據實際情況應變的能力。

在做完“測定金屬絲的電阻率”與“描繪小燈泡的伏安特性曲線”兩實驗后，就可以安排一節伏安法測電阻的實驗，實驗內容就是測量一個大電阻和一個小電阻。根據實驗室擁有的電表、電源、滑動變阻器等的參數，要選用適當的待測電阻，盡量使學生在兩次實驗中能夠將供電電路的內接法、外接法，以及測量電路的分壓法、限流法都用上。讓學生在實驗中自行選擇電路連接，而不再按照課本畫好的電路與步驟做實驗。從實際操作中觀察到如果選擇了不適當的電路，會有怎樣的現象，正確的電路優點體現在哪兒。同時在這兩個實驗中可以加入很多需要訓練學生掌握的實驗內容。1. 測量之前可以要求學生用萬用表粗測。2. 用試觸法分析用內接法還是外接法。3. 電表量程的選擇。4. 滑動變阻器的選擇。5. 根據電路圖進行實物連接。這些內容都是設計性實驗的基礎。

電學設計性實驗中，有些常用的設計思路方法，也可以在實驗中讓學生熟悉體驗。例如在做完“測電源電動勢和內阻”實驗后，常出現的變式題如：做1/U—1/R圖象，或者由E=IR+Ir變換得 做1/I—R圖象。這些方法實際上與課本實驗的方法思路完全相同，只是所用的公式不同，但在講解中就發現學生很難接受。反思原因就是學生對此感到很陌生，尤其是看到1/U、1/R這樣的表達式，學生還沒思考就認為很古怪很難，連思考的勇氣都沒有就直接投降了。這兩個變式可以選擇一個讓學生分組實驗。如果能在課本必做的電學實驗之后各加上一個設計性實驗，或者在高三復習階段安排三個課時左右進行電學設計性實驗。占用的時間不多，其效果卻是事半功倍。

4.結語

物理實驗教學中存在的問題，只是教學中存在的諸多問題之一。為了應付考試，而進行題海訓練，無法顧及物理實驗的教學與學生能力的培養。不少教師將教學中的這類問題都歸咎于現行的考試制度。其實也存在教師自身習慣于應試教學方式而不愿改變的因素。在新課程改革不斷深入開展的今天，需要教師們轉變思路，更注重過程與方法的培養。只要學生的能力得到充分提高，無論怎樣的考試方式都能應付自如。學生獲得的物理思想、物理能力更是他們受益終身的財富。

參考文獻：

[1]（美）約翰·杜威. 經驗與教育（第2版）[M]. 北京：人民教育出版社，2005.

[2]廖伯琴. 普通高中課程標準實驗教科書物理[M]. 濟南：山東科學技術出版社，2011.